Rohm SiC-MOSFETs - sind sie den Anforderungen gewachsen?

Rohm hat vor kurzem seine vierte Generation von SiC-MOSFETs vorgestellt, und wir von PGC Consultancy und TechInsights haben sie getestet, um festzustellen, ob sie den Herstellerangaben entsprechen.

Amine Allouche und Poshun Chiu von der Yole-Gruppe geben einen Einblick in die Geschäftsstrategien, technologischen Innovationen und die Produkt-Roadmap von ROHM für den Power-SiC-Markt.

Hoher Wirkungsgrad

SiC-Bauelemente werden aufgrund ihrer höheren Effizienz immer beliebter. Eine wichtige Anwendung für SiC-Bauelemente sind Traktionswechselrichter für Elektrofahrzeuge (xEVs), bei denen eine große Anzahl von Wechselrichtern erforderlich ist, um die Reichweite zu erhöhen.

Herkömmliche Silizium-IGBTs können in Bezug auf die für den Einsatz in Fahrzeugen erforderliche Leistung und Zuverlässigkeit nicht mit diesen neuen Designs mithalten. ROHM war das erste Unternehmen weltweit, das SiC-MOSFETs in Massenproduktion herstellte und verfügt nun über eine beeindruckende Auswahl an AEC-Q101-konformen Bauelementen, die in PV-Wechselrichtern, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und PFC-Abschnitten für Ladegeräte für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden.

Trench-MOSFETs unterscheiden sich von herkömmlichen Planar-MOSFETs durch ihre Trench-Struktur, die den Durchlasswiderstand reduziert und gleichzeitig eine hervorragende Kurzschlussfestigkeit bietet. In Kombination mit niedrigeren parasitären Kapazitäten und der Reduzierung der parasitären Kapazitäten führt diese Struktur letztlich zu 50% weniger Schaltverlusten im Vergleich zu herkömmlichen MOSFETs.

Hohe Stabilität

Die SiC-Leistungsbauteile von ROHM wurden entwickelt, um die strengen Zuverlässigkeitsstandards zu erfüllen, die von Herstellern von Elektrofahrzeugen (xEV) gefordert werden. Die Marke EcoSiC von ROHM nutzt Siliziumkarbid, das in jüngster Zeit in der Stromversorgungsbranche für Aufsehen gesorgt hat, weil es die Leistung von herkömmlichem Silizium weit übertrifft. ROHM entwickelt unabhängig Technologien, die für die Weiterentwicklung von SiC unerlässlich sind - Wafer-Herstellungsprozesse, Produktionssysteme und Verpackungssysteme - und festigt damit seine Position als Branchenführer.

Die zweite Generation der 1200-V-SiC-MOSFET-Produkte von CCS weist aufgrund ihres Herstellungsprozesses eine Stabilität auf, die die von Si-Silizium-Transistoren (Si-MOSFETs) selbst bei hohen Spannungen übertrifft. Dies ist auf die wirksame Verhinderung der Ausbreitung von Stapelfehlern zurückzuführen, die andernfalls zu einer Verschlechterung der Leitfähigkeit der Body-Diode führen könnten. Die TDDB-Tests von CCS, die unter Bedingungen durchgeführt wurden, die den Langzeitbetrieb imitieren, haben diese Stabilität bewiesen, wobei während des von CCS simulierten Langzeitbetriebs keine Ausfälle oder Schwankungen der Eigenschaften, wie z. B. des Widerstands, zu verzeichnen waren.

Niedriger On-Widerstand

Rohm hat den Zellenabstand um bis zu drei Zellen reduziert, wodurch die Probleme mit dem Kanalwiderstand, die bis zu 30% eines MOSFETs mit einem Einschaltwiderstand von 650 V ausmachen, wirksam gemindert werden.

Die Bauelemente der 4. Generation von Rohm weisen einen um bis zu 40% geringeren On-Widerstand auf als die Vorgängergenerationen, was durch TechInsights-Querschnitte bestätigt wird. TechInsights-Querschnitte bestätigen dies und ermöglichen es Rohm, die Chipgröße zu verringern und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Rohm ist es gelungen, den ON-Widerstand zu verringern und gleichzeitig die parasitäre Kapazität zu verbessern und 50% geringere Schaltverluste im Vergleich zur vorherigen Generation von SiC-MOSFETs zu erzielen. Kurzschlusstests der Generation 4 werden in Kürze bei PGC stattfinden. Die Behauptung, dass die Kurzschlussfestigkeit mit der Reduzierung des Deratings zugenommen hat, ist ein Beweis dafür, dass diese Bauelemente bedeutende Fortschritte darstellen.

Niedriger Sättigungsstrom

Angesichts der zunehmenden Verbreitung von IoT-Geräten und Hochleistungselektronik wie Smartphones und Computern sind effizientere Stromversorgungen erforderlich. SiC-MOSFETs bieten einen höheren Wirkungsgrad als ihre Silizium-Gegenstücke und sorgen so für einen geringeren Energieverbrauch und schlankere Produkte mit geringerem Platzbedarf.

Die 650-V-SiC-MOSFETs der 4. Generation von ROHM weisen einen geringeren ON-Widerstand auf als die Bauelemente der 3. Erreicht wird dies durch ein neues Zellenlayout, das die Gate- und Body-Dioden-Verlustbereiche maximiert, sowie durch seine einzigartige Struktur, die eine Ausbreitung von Stapelfehlern während der Body-Dioden-Leitung verhindert.

Poshun Chiu von der Yole-Gruppe führte ein Interview mit Akifumi Enomoto, Abteilungsleiter für die Geschäftsstrategie für Leistungsbauelemente der ROHM-Gruppe. Gemeinsam erörterten sie die Strategien und technologischen Innovationen des Unternehmens auf dem rasch expandierenden Power-SiC-Markt. Klicken Sie hier, um das vollständige Gespräch zu lesen.

Hohe Leistungsdichte

Rohm wird auf der Nürnberger Fachmesse für Leistungselektronik, Intelligent Motion und Energiemanagement PCIM Innovationen bei Leistungshalbleiter-Bauelementen zur Senkung der Systemkosten vorstellen. Als einer der führenden Anbieter von Leistungsbauelementen mit breiter Bandlücke bietet Rohm mit seinen Siliziumkarbid-MOSFETs (SiC) eine hervorragende Spannungsstabilität bei hohen Spannungen.

Amine Allouche und Poshun Chiu von Yole sprechen mit Akifumi Enomoto, Department Manager, Power Devices Business Strategy bei ROHM, über ihre Strategien, um aus dem schnell wachsenden Power-SiC-Markt Kapital zu schlagen.

Enomoto erläutert, wie ROHMs SiC-MOSFETs der Generation 3 ein innovatives zweidimensionales Gate-Gitter verwenden, um die Gate-Dichte in jeder Zelle nahezu zu verdoppeln und die Gesamtgröße des Gehäuses zu verringern. Darüber hinaus zeichnen sich diese Bauelemente durch eine geringe Vorwärtsspannung und einen niedrigen Widerstand aus, die die Schaltverluste für Elektrofahrzeuge drastisch reduzieren und gleichzeitig zu einer Senkung der Gesamtkosten beitragen. Für Automobilentwickler sind ROHM Gen 3 SiC MOSFETs von unschätzbarem Wert, wenn es darum geht, leistungsstarke Motorantriebe mit reduzierter Verlustleistung und erweiterter Reichweite im Batteriebetrieb zu entwickeln.